DE1178505B

DE1178505B - Arrangement for generating a vacuum or negative pressure and for avoiding contamination in the housing of an electrical machine equipped with liquid cooling in the rotor and stator

Info

Publication number: DE1178505B
Application number: DEL45230A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Lambrecht; Erich Weghaupt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1963-06-28
Filing date: 1963-06-28
Publication date: 1964-09-24

Description

Anordnung zur Erzeugung eines Vakuums oder Unterdruckes sowie zur Vermeidung von Verschmutzungen irn Gehäuse einer mit Flüssigkeitskühlung im Rotor und Stator ausgerüsteten elektrischen Maschine Die konsequente Durchführung der Flüssigkeitskühlung im Stator und Rotor großer elektrischer Maschinen ermöglicht den Verzicht auf -die bisher gebräuchliche Wasserstoffkühlung. Damit entfällt der gesamte Versorgungs- und überwachungsaufwand der Wasserstoffversorgung. Würde man nun aber die Maschine einfach in Atmosphärenluft laufen lassen, so würden erhebliche Ventilations- und Luftreibungsverluste anfallen. Nun könnte es naheliegen, das gesamte Maschinengehäuse soweit wie, möglich zu evakuieren, um diese Verluste möglichst völlig auszuschalten. Ein solches Verfahren ist aber nicht durchführbar, da trotz der Wasserkühlung in allen elektrisch aktiven Teilen der Maschine in den übrigen Teilen durch Streufelder verursachte nicht unbeträchtliche Wärmemengen anfallen, die bei einigermaßen vernünftigem Aufwand mit der Wasserkühlung allein nicht abzuführen sind. Es muß also noch immer eine gewisse Luftzirkulation innerhalb der Maschine aufrechterhalten werden, um diese Restwärme in genügendem Maße abzuführen. Der Druck innerhalb des Maschinengehäuses kann also nur so weit abgesenkt werden, daß die innerhalb der Maschine zirkulierende Restluftmenge noch ausreicht, die an den Eisenteilen der Mäschine anfallenden Wärmemengen abzuführen, wobei andererseits die durch die Verringerung der Luftreibung eingesparten Reibungsverluste bzw. der Wirkungsgradgewinn den zusätzlichen Aufwand zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Unterdruckes in der Maschine rechtfertigen sollten. Die Lage eines solchen optimalen Betriebspunktes hängt sehr wesentlich von der Größe der durch die Restluft abzuführenden Eisenwärme ab. Er kann in jedem Einzelfall durch Rechnung und Versuch besonders ermittelt werden. Weitere Einflußgrößen für die Höhe des Vakuums in der Maschine sind die Höhe der Spannung an den stromführenden Teilen sowie die Güte der verwendeten Isolierstoffe.Arrangement for generating a vacuum or negative pressure as well as to avoid contamination irn housing an equipped with liquid cooling in the rotor and stator electric machine, the consistent implementation of the liquid cooling in the stator and rotor in large electrical machines eliminates the need for - the previously used hydrogen cooling. This eliminates the entire supply and monitoring effort for the hydrogen supply. However, if the machine were simply left to run in atmospheric air, considerable ventilation and air friction losses would occur. Now it could be obvious to evacuate the entire machine housing as far as possible in order to completely eliminate these losses. Such a method cannot be carried out, however, because, despite the water cooling in all electrically active parts of the machine, considerable amounts of heat are generated in the remaining parts, caused by stray fields, which cannot be dissipated with the water cooling alone with a reasonably reasonable effort. A certain air circulation must therefore still be maintained within the machine in order to dissipate this residual heat to a sufficient extent. The pressure inside the machine housing can therefore only be reduced to such an extent that the residual air circulating inside the machine is still sufficient to dissipate the amount of heat generated by the iron parts of the machine, while on the other hand the friction losses saved by the reduction in air friction and the gain in efficiency require additional effort to justify the creation and maintenance of the negative pressure in the machine. The location of such an optimal operating point depends to a large extent on the size of the iron heat to be dissipated by the residual air. It can be determined in each individual case by calculation and experiment. Further influencing variables for the level of the vacuum in the machine are the level of voltage on the live parts and the quality of the insulating materials used.

Die Verwendung von Luft als Kühlmittel für die Abfuhr der an den Eisenteilen auftretenden Wärme erfordert besondere Maßnahmen zur Verhinderung von Verstaubungen und anderen Verschmutzungen im Inneren der Maschine, die sonst eine nicht zu unterschätzende Störungsquelle darstellen würden.The use of air as a coolant for the removal of the iron parts occurring heat requires special measures to prevent dust build-up and other contamination inside the machine, which otherwise should not be underestimated Would represent a source of interference.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Vakuums oder Unterdruckes sowie zur Vermeidung von Verschmutzungen im Gehäuse einer mit Flüssigkeitskühlung im Rotor und Stator ausgerüsteten elektrischen Maschine und ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Wellendurchführungen Absaugkammern vorgesehen sind. die vom Gehäuseinnenraum und der äußeren Atmosphäre durch Kammringe getrennt sind und mit einer Luftsaugpumpe bzw. Vakuumpumpe in Verbindung stehen, während das luftdichte Gehäuse über definierte Ansaugöffnungen, in denen Filter angeordnet sind, mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung steht.The invention relates to an arrangement for generating and maintaining a vacuum or negative pressure as well as to avoid contamination in the housing an electrical machine equipped with liquid cooling in the rotor and stator and is characterized in that suction chambers are provided on the shaft ducts are. which are separated from the interior of the housing and the outside atmosphere by comb rings and are in communication with an air suction pump or vacuum pump, respectively the airtight housing via defined suction openings in which filters are arranged are in communication with the external atmosphere.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Some exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.

F i g. 1 zeigt schematisch die prinzipielle Anordnung gemäß der Erfindung; die F i g. 2 und 3 zeigen in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Anordnung bei Stehlagermaschinen; F i g. 4 zeigt die Erfindung in schematischer Darstellung bei Schildlagermaschinen; in F i g. 5 ist eine besondere Ausführungsform der Erfindung dargestellt; F i g. 6 zeigt das Ausführungsbeispiel der F i g. 5 in vergrößerter Darstellung.F i g. 1 shows schematically the basic arrangement according to the invention; the F i g. 2 and 3 show a schematic representation of the arrangement according to the invention in pedestal bearing machines; F i g. 4 shows the invention in a schematic representation in shield storage machines; in Fig. 5 shows a particular embodiment of the invention; F i g. 6 shows the embodiment of FIG. 5 in an enlarged view.

F i g. 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine, bestehend aus einem Rotor 1 und einem Gehäuse 3. Die Stirnseite 2 des Gehäuses 3 wird durch die Rotorwelle 4 durchbrochen, die durch eine Absaugkammer 5 gemäß der Erfindung, geführt wird. Diese Absaugkammer 5 ist gegenüber dem Gehäuseinnenraum durch eine Kammringdichtung 6 und gegenüber der äußeren Atmosphäre durch eine weitere Kammringdichtung 7 abgedichtet. Das Gehäuse 3 ist mit einer definierten Luftansaugöffnung 8 versehen, vor der Filter 9 und ein Drosselventil 10 angeordnet sind. Das Drosselventil 10 wird dürch einen Regler 11 beispielsweise in Abhängigkeit vom Druck innerhalb des Maschinengehäuses verstellt. Eine Vakuumpumpe 12 fördert Luft aus der Absaugkammer 5, die durch die Kammrifigdichtungen 7 und 6 nur in beschränktem Maße nachströmen kann. Durch die Bemessung der Luftwiderstände in der Kammringdichtung 6 sowie in dem Drosselventil 10, das durch den Regler 11 betätigt wird., kann, eine dauernde geringe Sperrströmung aus dem M alschi hengehäuse in die Absaugkammer gewährleistet werden, wie es die Pfeile in F i g. 1 andeuten. Auf diese Weise wird die ständige Zufuhr gefilterter unäl'e',ni'ist##jubter Frischluft unter Beibehaltung eines beliebig einstellbaren Unterdruckes sichergestellt. Der Regler 11 sorgt auch für die Konstanthaltung des Druckes im Generatorinnenraum bei plötzlich veränderten Betriebszuständen (z. B. Teillast), wodurch sonst im Generatorinnenraum Druckschwankungen eintreten würden. Bei Laständerungen des Generators verändern sich auch die Verluste im Generator, d. h., je nach Belastung des Generators fällt mehr oder weniger Verlustwärme an, die den Generatorinnenraum verschieden stark erwärmt. Dadurch wird auch die Kühlluft im Generator verschieden stark erwärmt, so daß es zu Expansionen der Kühlluft bei starker Erwärmung und Kontraktionen bei starker Abkühlung kommen kann, die zu Druckschwankungen im Generatorinnenraum führen. Ein plötzlicher Druckabfall im Generator könnte aber die Sperrströmung durch die Kammringdichtung 6 vorübergehend aufheben, oder es könnte sogar zu einem Rücksaugen der Luft aus der Absaugkammer 5 in den Generatorinnenraum kommen. Das Rücksaugen, das wieder zu einer Verschmutzung des Generators führen könnte, wird durch den Regler 11 mit Sicherheit vermieden.F i g. 1 shows schematically an electrical machine consisting of a rotor 1 and a housing 3. The end face 2 of the housing 3 is pierced by the rotor shaft 4, which is guided through a suction chamber 5 according to the invention. This suction chamber 5 is sealed off from the housing interior by a comb ring seal 6 and from the outside atmosphere by a further comb ring seal 7. The housing 3 is provided with a defined air intake opening 8 , in front of which the filter 9 and a throttle valve 10 are arranged. The throttle valve 10 is adjusted by a regulator 11, for example as a function of the pressure inside the machine housing. A vacuum pump 12 conveys air from the suction chamber 5, which can only flow in to a limited extent through the comb-shaped seals 7 and 6. By measuring the air resistance in the comb ring seal 6 and in the throttle valve 10, which is actuated by the controller 11 , a constant low blocking flow from the M alschi hengehäuses in the suction chamber can be guaranteed, as indicated by the arrows in FIG . 1 indicate. In this way, the constant supply of filtered unäl'e ', ni'ist ## jubter fresh air is ensured while maintaining an arbitrarily adjustable negative pressure. The regulator 11 also ensures that the pressure in the generator interior is kept constant in the event of suddenly changing operating conditions (e.g. partial load), which would otherwise result in pressure fluctuations in the generator interior. When the load on the generator changes, so do the losses in the generator, i. In other words, depending on the load on the generator, more or less heat loss occurs, which heats the interior of the generator to different degrees. As a result, the cooling air in the generator is also heated to different degrees, so that expansion of the cooling air can occur when it is heated up and contractions when it cools down, which can lead to pressure fluctuations in the generator interior. A sudden drop in pressure in the generator could, however, temporarily cancel the blocking flow through the comb ring seal 6 , or the air could even be sucked back from the suction chamber 5 into the interior of the generator. Sucking back, which could again lead to contamination of the generator, is definitely avoided by the regulator 11.

Der Regler 11 wird zweckmäßig so eingestellt, daß über die Filter 9 nur so viel Luft in den Generatorinnenraum einströmt, wie zur Aufrechterhaltung einer wirksamen Sperrströmung notwendig ist.,Um die Filter zu entlasten, ist die einströmende Luftmenge möglichst klein zu halten.The regulator 11 is expediently set so that only as much air flows into the generator interior via the filter 9 as is necessary to maintain an effective blocking flow. In order to relieve the filter, the amount of air flowing in must be kept as small as possible.

F i 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung nach F i ' g. 1. bei einer Stehlagermaschine. Die Welle 4 der Maschine ist hierbei -auf ein Stehlager 13 gelagert, dessen Lagerraum durch Kammringe 14 und 15 von der äußeren Atmosphäre getrennt ist.F i 2 shows the arrangement according to the invention according to FIG. 1. with a pillow block machine. The shaft 4 of the machine is supported on a pillow block bearing 13, the bearing space of which is separated from the outside atmosphere by comb rings 14 and 15.

F i g. 3 entspricht im wesentlichen F i g. 2. Hier ist ledi lich die Absatiokammer 5 mit den dazugehöri-g t# Z, ,gen Kammringdichtungen 6 und 7 über einen eiastiscben Rine 16 mit der Stirnseite 2 des NIaschinengehäuses 3 verbunden, so- daß leichte Fluchtungsei -keiten der Wellendurchführungen an den Ma-C, naui, schinenstirnseiten keinen Einfluß auf die Genauigkeit des Spitzenspiels der Kammringdichtwigen haben. F i g. 4 zeigt die erfindungsgemäße #lUordnung an Schildlaglermaschinen. Der Lagerrat.iin 17 des Schildlagers 19 an der Stirnseite 2 des Maschinengchäus.es 3 ist hierbei der Gehäuseabdichtumi gemäß der Erfindunly unmittelbar benachbart. Uni ein Eindrinaeil von ölnehel aus dem Lagerraum 17 in die !3#bsatigkammer 5 zu vermeiden, ist zwischen d2r Kammringdichtun- 7 und dem Lagerraum 17 eine Pufferkammer 20 vor-esehen, die von dem Lagerraum 17 durch eine weitere Kammringdichtung 18 getrennt ist. Eine zusätzliche Absaugung aus dem Lagerraum 17 bewirkt eine durch die Kammringdichtung 18 in den Lagerraum gerichtete stetige Frischluftström'ung und veihindert mit Sicherheit ein übergreifen von Ölnebeln in die Absaugkammer 5. Die Frischluftströmung tritt dabei durch die öffnung 21 aus der Atmosphäre in die Pufferkammer 20 ein, teilt sich. dort und strömt durch die Kammringe 7 und 18 in Richtung auf die Ansaugkammer 5 bzw. auf den Lagerraum 17#zü. ' F i g. 5 zeigt eine besondere Ausführung der Erfindung, die sich von der in F i g. 1 und den folgenden dargestellten dadurch unterscheidet, daß die über Regler und Filter in das Gehäuse eintretende Sperrluft unmittelbar vor der den Gehäuseinnenraum und die Absaugkammer 5 trennenden Kammringdichtung 6 eingeführt wird.F i g. 3 corresponds essentially to FIG. 2. Here, the Absatiokammer 5 is ledi Lich, called comb annular seals connected to view the corresponding g t # Z 6 and 7 via a eiastiscben Rine 16 with the end face 2 of the NIaschinengehäuses 3, so-that light Fluchtungsei -keiten the shaft passages to the Ma -C, naui, machine front faces have no influence on the accuracy of the tip clearance of the comb ring seals. F i g. 4 shows the arrangement according to the invention on shield storage machines. The Lagerrat.iin 17 of the shield bearing 19 on the end face 2 of the Maschinengchäus.es 3 is in this case directly adjacent to the housing sealing according to the invention. To prevent oil from penetrating from the storage room 17 into the basic chamber 5 , a buffer chamber 20 is to be provided between the comb ring seal 7 and the storage room 17 , which is separated from the storage room 17 by a further comb ring seal 18 . An additional suction from the storage room 17 causes a constant fresh air flow directed through the comb ring seal 18 into the storage room and reliably prevents oil mist from spreading into the suction chamber 5. The fresh air flow enters the buffer chamber 20 through the opening 21 from the atmosphere , divides. there and flows through the comb rings 7 and 18 in the direction of the suction chamber 5 or the storage room 17 # zü. ' F i g. FIG. 5 shows a particular embodiment of the invention which differs from that shown in FIG. 1 and the following is distinguished by the fact that the sealing air entering the housing via regulator and filter is introduced immediately in front of the comb ring seal 6 separating the housing interior and the suction chamber 5 .

F i g. 6 zeigt die Ausführung gemäß der F i g. 5 in vergrößerter Darstellung. Die Frischluft wird hierbei über den Kanal 8 unmittelbar vor der Kammringdichtung 6 in den Gehäuseinnenraum bzw. in einen zwischen Gehäuseinnenraum und Kammringdichtung 6 angeordneten Ringkanal 23 eingespeist, so daß der ständig durch den Ringkanal 23 und die Dichtung 6 strömende Luftstrom einen Luftschleier zwischen der Absaugkammer 5 und dem Gehäuseinnenraum bildet. Durch diese Maßnahme wird auch dann eine Verschmutzung des Generatorinnenraumes vermieden, wenn die Filter nicht mehr vollwertig arbeiten.F i g. 6 shows the embodiment according to FIG. 5 in an enlarged view. The fresh air is fed via the channel 8 directly in front of the comb ring seal 6 into the housing interior or into an annular channel 23 arranged between the housing interior and the comb ring seal 6 , so that the air stream constantly flowing through the ring channel 23 and the seal 6 creates an air curtain between the suction chamber 5 and the housing interior. This measure prevents soiling of the interior of the generator even if the filters are no longer working properly.

Claims

Claims: 1. An arrangement for generating and maintaining a vacuum or negative pressure and for preventing contamination in the housing of an electrical machine equipped with liquid cooling in the rotor and stator, in particular a turbo generator, characterized in that suction chambers are provided on the shaft ducts, which are from the housing interior and the external atmosphere are separated by comb rings and are connected to an air suction pump or vacuum pump, while the airtight housing is connected to the external atmosphere via defined suction openings in which filters are arranged.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the fresh air flowing into the housing via the suction opening and filter is regulated as a function of the housing negative pressure or the characteristics of the air suction pump. 3. Arrangement according to claim 1, characterized in that a permanent low blocking flow from the machine housing into the suction chamber is guaranteed by the dimensioning of the air resistances and / or the design of the control. 4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the storage space of the shaft is separated from the housing seal by a further comb ring seal and also contains its own suction chamber. 5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the sealing air entering the interior of the housing via regulators and filters is fed in directly to the front of the housing interior and the comb ring separating the suction chamber.